S模式雷达与ADS-B融合探讨与分析

刘梦琪

摘要：与普通A/C模式雷达相比，S模式雷达已成为二次雷达的最新技术，且在我国已有超过10年的使用经验。由于S模式雷达探测能力强，询问策略比较智能，所以其广泛应用于民航系统中。而ADS-B技术作为一种新型的类似于雷达的监视手段，被纳入民航发展“十三五”规划实施工作中，其可以在降低成本的前提下使数据的收集速率加快，目标定位更加准确，目前全国所有航路、终端区及机场都已具备ADS-B运行能力。将S模式雷达和ADS-B进行融合处理，不仅可以有效提高雷达系统的使用质量，还能使我国形成更多S模式雷达和ADS-B融合的共同覆盖区域。

引言

由于S模式雷达和ADS-B在实际使用过程中都具备相应优点，所以将 S模式雷达和ADS-B进行融合处理，并且形成共同的覆盖区域，不仅可以提高空管自动化系统的精度，还能使雷达数据处理、飞行计划与航迹相关、告警等功能得到优化，提高飞行安全性。本文分别对S模式雷达和ADS-B的工作原理和优缺点进行介绍，探讨和分析S模式雷达和ADS-B的具体融合方式。

1、S模式雷达工作原理分析

S模式即选择模式，有选择的识别目标。起源于美英，其最初的使用是为每架飞机编上离散地址码，管制员进行点名式询问，从而降低雷达询问率，这样可以解决所有飞机同时应答引起的异步干扰、同步串扰、系统饱和问题。S模式雷达具有全呼和选呼功能，通过对安装有S模式应答机的飞机进行选择性询问，由于飞机地址是飞机的固有属性，具有唯一性，所以在选择性“询问—应答”过程中，只有相对应地址的飞机进行合理应答，有效降低了异步干扰和同步串扰，且对数据精度处理能力更强，还具备地空数据通信能力。如果被选择的飞机没有及时应答，则S模式雷达会根据发出的询问指令，转变为其他代码，从而确保S模式雷达进行锁定性的询问。

现阶段我国常用的S模式雷达采用的报文格式为CAT034和CAT048，对于民航飞机，S模式雷达可以和自动化数据处理设备进行相关数据交换，还可以将数据的类别进行分类，其中一类则可被用于雷达的目标定位和航空轨迹的报告中，而另一类则可用于传输雷达的相关服务信息。对于航空公司，S模式雷达通常使用单雷达目标报告和单雷达服务报告的模式。

2、ADS-B工作原理分析

ADS-B的字面意思是自动相关监视广播，ADS-B系统在实际的应用过程中已实现了自动化的操作模式，即表明不需要人工操作且全天候运行。“相关”说明了在信息的获取过程中，需要有记载的设备作为相应的载体。“监视”代表了提供类似于且优于雷达监视的服务，获得所需监测的目标位置、高度、速度、航向、识别号和其它信息。“广播”定义了无需应答机，在适当的传输范围内，飞机之间或与地面站之间采用广播形式互相发送数据，所有装备ADS-B设备的用户都可以接收和处理这些数据，而不是专门针对某一特定的用户进行信息的传播。

ADS-B报文格式为 CAT021，自动化系统可通过解析、计算将单路ADS-B数据转化为单路ADS-B航迹，进而融合成 ADS-B航迹，系统把融合后的ADS-B航迹作为一路独立监视信号源，和其他单路雷达航迹一起，进行多雷达融合运算，生成系统航迹。传输链路主要包含3种，分别为1090ES、UAT、VDL-4三种数据传输链。第一种为我国民航系统普遍使用，其下行的频率为1090兆赫兹，传输的速率为1Mbps。在传输过程中，它的信号格式主要为脉冲编码，我国民航系统组织更推荐使用这种标准的脉冲编码，地面接收设备可以兼容二次雷达中的相关数据量，也可以接受监视系统中的相关数据。同时还可以实现飞行器间与空中防撞系统之间的兼容。

3、S 模式雷达与 ADS-B 的融合分析

3.1 融合方案的选择

在 S 模式雷达与 ADS-B 融合模式的建立过程中，首先要进行融合方案的选择，常用的两种方式有两种。第一种是优选法，主要工作原理是，在自动化终端只显示雷達航迹或ADS-B航迹，并用不同符号标记雷达轨迹和ADS-B轨迹，这种方法可以简化航迹定位操作流程，即雷达覆盖区域中显示雷达轨迹，而雷达未覆盖区域只显示ADS-B航迹。但是这种方法也具备一定的缺点，即无法为ADS-B覆盖区域和雷达覆盖区域中的系统轨迹提供相应的告警提示。由于S模式雷达和ADS-B系统在实际使用过程，用不同的计算方式对目标位置进行定位，所以在进行目标定位的过程中，可能会出现偏出二者信号覆盖区域，产生严重跳变的现象。第二种是融合法，通过这种方法能有效改善优选法中存在的问题，因此，在选择融合方案的过程中，主要使用融合法进行S模式雷达和ADS-B的融合模式建立。

3.2 融合模型的建立

要想建立S模式雷达和ADS-B的具体融合模式，首先要建立数据融合模型，在模型建立的过程中，模型设计实现思路为，将预先探测的雷达和ADS-B信息全部输入到预处理系统中，然后将经过预处理系统处理完成的信息，再输入到数据校准系统中，通过数据的校准，将不准确的信息屏蔽，且将准确的信息传递到数据相关处理系统中，通过数据相关信息的分析和处理，将数据相关处理系统中的信息分别进行状态估计和目标识别，最终对行为进行估计，然后把最终行为估计的结果与状态传递出来。通过分析建立的融合数据模型，运用融合法建立的数据融合系统，主要包含校准、相关、识别及估计4个功能，同时还可以对不同数量的数据源进行融合分析，确保能够同时监视不同目标的相关区域。

3.3 数据融合的实现

在对多雷达数据进行融合系统的建立过程中，每一个子雷达都可以作为单独的传感器使用，并通过数据融合技术，可以将所有子雷达中的传感器数据进行融合。由于数据在融合的过程中会有不同的方法，所以也决定了雷达数据的处理架构不同，现阶段常用的方式为S 模式雷达数据与ADS-B数据的融合，运用多个雷达，然后在雷达基础上加入ADS-B技术，基于两者之间联系加强所构建的融合模型，无论是在自身性能方面或是在空中检测方面都具有良好功效。在单雷达数据处理的基础上，S模式雷达数据和ADS-B数据融合系统已经可以转化为统一格式，这些通过雷达探测的数据，想要构建融合系统结构模型，需要发挥分布式多传感器的作用。开展航迹处理、跟踪处理工作，需要判断不同雷达的航迹是否是由同一个目标探测而得，同时还需要将一些不同地面站报告的目标进行有效合并。S模式雷达数据和ADS-B 航迹，传输到后端开展处理工作，同样需要做好相应的预处理工作，主要是校准各项数据和信息，实现格式的统一，如校正正北方位、对准时间轴、变换坐标等，使得各项数据都处于统一的时空参考坐标系统中，尽量减少融合过程中存在的误差限度。

4、结语

综上所述，对于监视效能提升，进行S模式雷达和ADS-B的融合处理，需要确保S模式雷达系统在实际使用过程中能够进行协作融合，提高空中监视的质量和效率;对于监视应用推广，应该不断完善ADS-B系统以适用于更多传统雷达覆盖不到的区域，尤其是在洋区、荒漠、山区，需要增加雷达覆盖的面积，从而提高对盲区的监视能力。

（中国民用航空中南地区空中交通管理局湖北分局，湖北 武汉430000）